2 好氧堆肥過程中主要微生物類群及其演替

堆肥過程是一個(gè)由微生物主導(dǎo)的生化反應(yīng)過程，在每個(gè)階段都有特定的微生物類群，在這些不同類群和不同功能微生物的協(xié)同作用下，有機(jī)廢棄物逐漸轉(zhuǎn)化為腐熟的有機(jī)肥料。參與堆肥過程的主要微生物種類是細(xì)菌、放線菌以及真菌，早期基于傳統(tǒng)微生物學(xué)方法的研究結(jié)果揭示，在整個(gè)堆肥微生物群落中，細(xì)菌占主導(dǎo)地位，數(shù)量約為 108~109 個(gè)/g 干物料，主要分布在假單胞菌屬(Pseudomonas)、克雷伯氏菌屬(Klebsiella)和芽孢桿菌屬(Bacillus)；放線菌數(shù)量約為 105~108 個(gè)/g 干物料，主要分布在諾卡菌屬(Nocardia)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、高溫放線菌屬(Thermoactinomyces)和小單孢菌屬(Micromonospora)；真菌數(shù)量約為 104~106 個(gè)/g 干物料，主要為地霉屬(Ceotruchum)、曲霉屬(Aspergillus)等子囊菌門與擔(dān)子菌門下的真菌類群]。堆肥過程中微生物群落的演替規(guī)律可以概括為：嗜溫性細(xì)菌、真菌→纖維素分解菌(嗜熱性細(xì)菌、真菌、放線菌)→纖維素分解菌(嗜熱性細(xì)菌、放線菌)→木質(zhì)素分解菌(放線菌等)。然而，由于可培養(yǎng)微生物僅占自然界微生物總量的 0.1%~10%，早期的研究結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映堆肥過程中微生物群落的組成與演替規(guī)律。

近年來，分子生態(tài)學(xué)技術(shù)得到迅猛發(fā)展，高通量測(cè)序手段被廣泛應(yīng)用于堆肥等不同環(huán)境微生物群落的研究中，極大擴(kuò)展了人們對(duì)堆肥過程中微生物群落組成與演替規(guī)律的認(rèn)識(shí)。表1 和表 2 總結(jié)了近年來應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)所揭示的堆肥過程中細(xì)菌和真菌群落組成和演替特征，列出了堆肥各階段主要的微生物類群。從表 1 和表 2 中可以看出，不同堆肥發(fā)酵階段微生物組成不同，而且堆體內(nèi)微生物的組成受原料影響。例如，以牛糞為原料的堆肥，升溫階段的微生物主要包括假單胞菌屬(Pseudomonas)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、佩特里單胞菌屬(Petrimonas)等細(xì)菌類群以及念珠菌屬(Candida)等真菌類群；高溫階段的微生物主要包括耐熱芽孢桿菌屬(Thermobacillus)、八疊球菌屬(Tepidimicrobium)等細(xì)菌類群以及嗜熱真菌屬(Thermomyces)、曲霉屬(Aspergillus)等真菌類群；降溫及腐熟階段的微生物主要包括假單胞(Pseudomonas)、類固醇桿菌(Steroidobacter)等細(xì)菌以及子囊菌等真菌；而以雞糞為原料的堆肥，升溫階段的微生物包括擬桿菌屬(Bacteroides)等細(xì)菌類群以及念珠菌屬(Candida)等真菌類群；高溫階段的微生物主要包括一些可產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌類群以及念珠菌屬(Candida)等真菌類群；降溫及腐熟階段的微生物主要包括極小單胞菌屬(Pusillimonas)等細(xì)菌類群以及念珠菌屬(Candida)等真菌類群。除了原料的影響，這些結(jié)果也可能會(huì)受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、取樣時(shí)間、DNA 提取技術(shù)的影響，無論這些結(jié)果是否能夠反映真實(shí)情況，它們還是加深了人們對(duì)堆肥過程中微生物組成與動(dòng)態(tài)的了解。然而對(duì)于各種微生物在堆肥中具體作用的深入研究較少，因此，深入了解堆肥各階段微生物類群的組成、演替規(guī)律和功能，有助于提升微生物添
加劑與土著微生物的協(xié)同作用，改善微生物的添加效果，促進(jìn)新型微生物添加劑的研發(fā)。

3 微生物添加劑在好氧堆肥過程中的作用與應(yīng)用

傳統(tǒng)的堆肥腐熟過程是一個(gè)由堆體內(nèi)自然微生物組參與的生理生化過程。通過添加外源微生物能夠增加堆肥初期微生物群體數(shù)量并改善群體結(jié)構(gòu)，從而加速有機(jī)物的分解，加速堆體溫度的提升，縮短堆肥時(shí)間。同時(shí)，外源微生物添加所引起的堆體內(nèi)微生物組結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)對(duì)堆體內(nèi)微生物代謝產(chǎn)生影響，從而提高堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，微生物添加劑的使用越來越受到人們的重視，近年來國內(nèi)外相關(guān)的研究也取得了較大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在用于好氧堆肥添加的微生物種類更加豐富、功能更加明確多樣、添加條件和方式進(jìn)一步改進(jìn)。

3.1 微生物添加劑的種類和來源
微生物添加劑可以由單一菌種構(gòu)成，也可以由數(shù)種不同的微生物組成復(fù)合菌劑。目前常用于堆肥添加的微生物類群包括芽孢桿菌屬(Bacillus)、乳酸桿菌屬(Lactobac illus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、曲霉屬(Aspergillus)、木霉屬(Trichoderma)以及白腐菌(white-rot fungi)等[。這些微生物可以是從堆肥堆體中分離的土著微生物，也可以是購買的商業(yè)菌劑或從特定生境中分離得到的具有較高生物活性的微生物。作為堆肥用的微生物添加劑，在我國進(jìn)入市場(chǎng)前需要獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的微生物肥料登記證。微生物菌種的選擇首先要考慮生態(tài)安全性，需經(jīng)過菌種安全評(píng)價(jià)或根據(jù)微生物肥料生物安全通用技術(shù)準(zhǔn)則(NY/T 1109-2017)中微生物肥料生產(chǎn)用菌種安全性分級(jí)目錄的要求選用。目前，該目錄將微生物肥料生產(chǎn)用菌種按安全性分為四級(jí)：第一級(jí)是免做毒理學(xué)試驗(yàn)的菌種；第二級(jí)是需做急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)的菌種；第三級(jí)是需做致病性試驗(yàn)的菌種；第四級(jí)是禁用菌種。其中，第一級(jí)共 93 種微生物，包含根瘤菌類 18 種、固氮微生物 7 種、光合微生物 12 種、分解磷鉀化合物細(xì)菌類 20 種、乳酸菌類 14 種、酵母菌類 17 種、叢枝菌根真菌類2 種以及放線菌類 3 種。另外，不同的菌種制品各有其特點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)有機(jī)物類型與特點(diǎn)、堆肥產(chǎn)品的用途選用合適的微生物菌種。

聲明：本文所用圖片、文字來源《微生物學(xué)》，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請(qǐng)與本網(wǎng)聯(lián)系

相關(guān)鏈接：真菌，微生物，類固醇